在Linux中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)空閑內(nèi)存很少，似乎所有的內(nèi)存都被系統(tǒng)占用了，表面感覺是內(nèi)存不夠用了，其實不然。這是Linux內(nèi)存管理的一個優(yōu)秀特性，在這方面，區(qū)別于 Windows的內(nèi)存管理。主要特點是，無論物理內(nèi)存有多大，Linux 都將其充份利用，將一些程序調(diào)用過的硬盤數(shù)據(jù)讀入內(nèi)存，利用內(nèi)存讀寫的高速特性來提高Linux系統(tǒng)的數(shù)據(jù)訪問性能。而Windows 是只在需要內(nèi)存時，才為應(yīng)用程序分配內(nèi)存，并不能充分利用大容量的內(nèi)存空間。換句話說，每增加一些物理內(nèi)存，Linux 都將能充分利用起來，發(fā)揮了硬件投資帶來的好處，而Windows只將其做為擺設(shè)，即使增加8GB甚至更大。
Linux 的這一特性，主要是利用空閑的物理內(nèi)存，劃分出一部份空間，做為 cache 和 buffers ，以此提高數(shù)據(jù)訪問性能。
1、什么是 cache ?
頁高速緩存(cache)是 Linux內(nèi)核實現(xiàn)的一種主要磁盤緩存。它主要用來減少對磁盤的I/O操作。具體地講，是通過把磁盤中的數(shù)據(jù)緩存到物理內(nèi)存中，把對磁盤的訪問變?yōu)閷ξ锢韮?nèi)存的訪問。
磁盤高速緩存的價值在于兩個方面：第一，訪問磁盤的速度要遠遠低于訪問內(nèi)存的速度，因此，從內(nèi)存訪問數(shù)據(jù)比從磁盤訪問速度更快。第二，數(shù)據(jù)一旦被訪問，就很有可能在短期內(nèi)再次被訪問到。
頁高速緩存是由內(nèi)存中的物理頁組成的，緩存中每一頁都對應(yīng)著磁盤中的多個塊。每當(dāng)內(nèi)核開始執(zhí)行一個頁I/O操作時(通常是對普通文件中頁大小的塊進行磁盤操作)，首先會檢查需要的數(shù)據(jù)是否在高速緩存中，如果在，那么內(nèi)核就直接使用高速緩存中的數(shù)據(jù)，從而避免訪問磁盤。
舉個例子，當(dāng)使用文本編輯器打開一個源程序文件時，該文件的數(shù)據(jù)就被調(diào)入內(nèi)存。編輯該文件的過程中，越來越多的數(shù)據(jù)會相繼被調(diào)入內(nèi)存頁。最后，當(dāng)你編譯它的時候，內(nèi)核可以直接使用頁高速緩存中的頁，而不需要重新從磁盤讀取該文件了。因為用戶往往會反復(fù)讀取或操作同一個文件，所以頁高速緩存能減少大量的磁盤操作。
2、cache 如何更新?
由于頁高速緩存的緩存作用，寫操作實際上會被延遲。當(dāng)頁高速緩存中的數(shù)據(jù)比后臺存儲的數(shù)據(jù)更新時，那么該數(shù)據(jù)就被稱做臟數(shù)據(jù)。在內(nèi)存中累積起來的臟頁最終必須被寫回磁盤。在以下兩種情況發(fā)生時，臟頁被寫回磁盤：
◆當(dāng)空閑內(nèi)存低于一個特定的閾值時，內(nèi)核必須將臟頁寫回磁盤，以便釋放內(nèi)存。
◆當(dāng)臟頁在內(nèi)存中駐留時間超過一個特定的閾值時，內(nèi)核必須將超時的臟頁寫回磁盤，以確保臟頁不會無限期地駐留在內(nèi)存中。
在2.6內(nèi)核中，由一群內(nèi)核線程—pdflush后臺回寫例程統(tǒng)一執(zhí)行兩種工作。
首先，pdflush線程在系統(tǒng)中的空閑內(nèi)存低于一個特定的閾值時，將臟頁刷新回磁盤。該后臺回寫例程的目的在于在可用物理內(nèi)存過低時，釋放臟頁以重新獲得內(nèi)存。特定的內(nèi)存閾值可以通過dirty_background_ratio sysctl系統(tǒng)調(diào)用設(shè)置。當(dāng)空閑內(nèi)存比閾值：dirty_background_ratio還低時，內(nèi)核便會調(diào)用函數(shù)wakeup_bdflush()喚醒一個pdflush線程，隨后pdflush線程進一步調(diào)用函數(shù)background_writeout()開始將臟頁寫回磁盤。函數(shù)background_ writeout()需要一個長整型參數(shù)，該參數(shù)指定試圖寫回的頁面數(shù)目。函數(shù)background_writeout()會連續(xù)地寫出數(shù)據(jù)，直到滿足以下兩個條件：
◆已經(jīng)有指定的最小數(shù)目的頁被寫出到磁盤。
◆空閑內(nèi)存數(shù)已經(jīng)回升，超過了閾值dirty_background_ratio。
上述條件確保了pdflush操作可以減輕系統(tǒng)中內(nèi)存不足的壓力。回寫操作不會在達到這兩個條件前停止，除非pdflush寫回了所有的臟頁，沒有剩下的臟頁可再被寫回了。
為了滿足第二個目標，pdflush后臺例程會被周期性喚醒(和空閑內(nèi)存是否過低無關(guān))，將那些在內(nèi)存中駐留時間過長的臟頁寫出，確保內(nèi)存中不會有長期存在的臟頁。如果系統(tǒng)發(fā)生崩潰，由于內(nèi)存處于混亂之中，所以那些在內(nèi)存中還沒來得及寫回磁盤的臟頁就會丟失，所以周期性同步頁高速緩存和磁盤非常重要。在系統(tǒng)啟動時，內(nèi)核初始化一個定時器，讓它周期地喚醒pdflush線程，隨后使其運行函數(shù)wb_kupdate()。
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